Centrifugation
Le mot centrifugation est construit à partir du verbe « centrifuger » qui vient du latin fugere qui signifie « fuir » et de « centre », auquel est ajouté le suffixe -ation indiquant une action.
La centrifugation est une technique permettant de séparer les composés d'un mélange en fonction de leur densité en les soumettant à une force centrifuge. Le mélange à séparer peut être constitué soit de deux phases liquides, soit de particules solides en suspension dans un fluide. L'appareil utilisé est une machine tournante à grande vitesse appelée centrifugeuse. Cette technique fait partie des opérations unitaires en génie des procédés.
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[modifier] Principe
La séparation des composés d'un mélange est réalisable par décantation, sous l'action de la seule gravitation mais elle nécessite parfois une longue durée pour acquérir de bons résultats et est donc souvent inefficace. Il est donc plus efficace d'utiliser la centrifugation[1].
Au cours de cette opération de séparation, les composés dans le fluide situés à une distance r de l'axe de rotation sont soumis à différentes forces[2] :
- la force de pesanteur descendante Fp
- la poussée d'Archimède ascendante Fa
- une force de friction Fv
- la force centripète F'c
- la force centrifuge Fc
La séparation s'opère par l'action de la force centrifuge Fc sur les composés.
Cette force centrifuge, exprimée en Newton, est donnée par la relation Fc=mγc avec γc =rω² en m/s² dont :
- m la masse du composé à séparer,
- r la distance du tube à l'axe de rotation de la centrifugeuse,
- ω la vitesse angulaire exprimée en radians par seconde ou en tour par minute.
Le rapport de la force centrifuge Fc sur le poids Fp est appelé intensité de la pesanteur artificielle et s'exprime en "gé"[3]. Les valeurs utilisées en centrifugation sont d'environ 400 à 10 000 gé ce qui correspond à des vitesses de rotation de l'ordre 2 000 à 10 000 tr/min suivant le rayon des rotors[4].
Certaines applications comme la séparation des macromolécules biologiques (protéines, acides nucléiques), nécessite la méthode d'ultracentrifugation mise au point par Svedberg qui utilise des intensités de pesanteur artificielle très élevées de l'ordre de 200 000 gé, et qui nécessite de ce fait des vitesses de rotations de plusieurs dizaines de milliers de tours par minute[5].
[modifier] Utilisation
- Dans le quotidien : essorage de la salade (essoreuse à salade), essorage du linge (machine à laver), extraction du jus des fruits et légumes[6] ;
- Dans l'environnement : dessication des boues pour le traitement des eaux usées ;
- Dans l'industrie alimentaire: séparation de la crème du lait (écrémage)[7], élimination des particules de la bière ou du vin (clarification), extraction des huiles et des matières grasses (extraction de l'huile d'olive), extraction du miel (apiculture), fabrication de la barbe à papa ;
- Dans les laboratoires : pour récupérer un précipité, pour séparer des éléments figurés dans le sang sang (globules rouges, globules blancs, plaquettes en suspension dans le plasma sanguin), séparation de composés cellulaires ;
- En orpaillage : pour séparer avec une batée l'or des sables aurifères.
- Dans le domaine du nucléaire : pour enrichir l’uranium avec l'isotope léger U235 ;
- En fonderie pour la réalisation de pièces de forme cylindriques ;
[modifier] Notes et références
- Bernard Veynachter et Pascal Pottier, Centrifugation et décantation, Techniques de l'ingénieur, F2730, Mars 2007
- Kane Sternheim, Physique, 1984, Interéditions ISBN 2-7296-0098-1 p.330
- Michel Robatel et Philippe Borel, Centrifugation, généralités. Théorie. Techniques de l'ingénieur, A5550, Mai 1989
- M. Seguin, B.Villeneuve, B.Marcheterre, R.Gagnon, Physique 1 Mécanique, BESSON 4ème édition, p.434
- J.Lemerle, L'ultracentrifugation et ses applications en chimie minérale, L'Actualité chimique, pp. 3-28, Paris, 1974
- Encyclopédie Universalis en ligne, [consulté le 15 avril 2011]
- 50 millions de consommateurs, N°288, Octobre 1995.
